package com.leetcode.linkedlist;

import java.util.*;

/**
 * 复制带随机指针的链表
 * 给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。
 * 构造这个链表的深拷贝。深拷贝应该正好由 n 个 全新 节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。
 * 新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。
 * 复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点 。
 * 例如，如果原链表中有 X 和 Y 两个节点，其中 X.random --> Y 。那么在复制链表中对应的两个节点 x 和 y ，同样有 x.random --> y 。
 * 返回复制链表的头节点。
 * 用一个由n个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个[val, random_index]表示：
 * val：一个表示Node.val的整数。
 * random_index：随机指针指向的节点索引（范围从0到n-1）；如果不指向任何节点，则为null。
 * 你的代码 只 接受原链表的头节点 head 作为传入参数。
 *示例 1：
 * 输入：head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
 * 输出：[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
 * 示例 2：
 * 输入：head = [[1,1],[2,1]]
 * 输出：[[1,1],[2,1]]
 * 示例 3：
 * 输入：head = [[3,null],[3,0],[3,null]]
 * 输出：[[3,null],[3,0],[3,null]]
 * 示例 4：
 * 输入：head = []
 * 输出：[]
 * 解释：给定的链表为空（空指针），因此返回 null。
 * 提示：
 * 0 <= n <= 1000
 * -10000 <= Node.val <= 10000
 * Node.random为空（null）或指向链表中的节点。
 * 作者：力扣 (LeetCode)
 * 链接：https://leetcode-cn.com/leetbook/read/top-interview-questions/xam1wr/
 * 来源：力扣（LeetCode）
 * 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
 * @author ymy
 * @date 2021年11月18日 14:44
 */
class Code138 {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Node> list = new LinkedList<>();
        Code138 solution = new Code138();
        list.add(new Node(7));
        list.add(new Node(13));
        list.add(new Node(11));
        list.add(new Node(10));
        list.add(new Node(1));
        list.get(0).next = list.get(1);
        list.get(1).next = list.get(2);
        list.get(2).next = list.get(3);
        list.get(3).next = list.get(4);
        list.get(1).random = list.get(0);
        list.get(2).random = list.get(4);
        list.get(3).random = list.get(2);
        list.get(4).random = list.get(0);
        System.out.println(list.get(0));
        Node node = solution.copyRandomList1(list.get(0));
        System.out.println(node);

        //System.out.println(list.get(0));
        node = solution.copyRandomList1(list.get(0));
        System.out.println(node);
    }
    //head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
    public Node copyRandomList1(Node head) {
        Map<Node,Node> hash = new HashMap<>();
        Node p = head;
        Node newHead = null;
        Node newP = null;
        while (p != null){
            Node newNode = null;
            if(hash.containsKey(p)){
                newNode = hash.get(p);
            }else{
                newNode = new Node(p.val);
                hash.put(p,newNode);
            }
            if(newHead == null){
                newHead = newNode;
                newP = newNode;
            }else {
                newP.next = newNode;
                newP = newNode;
            }
            if(p.random != null){
                if(hash.containsKey(p.random)){
                    newP.random = hash.get(p.random);
                }else{
                    Node randomTemp = new Node(p.random.val);
                    hash.put(p.random,randomTemp);
                    newP.random = randomTemp;
                }
            }
            p = p.next;
        }
        return newHead;
    }

    /**
     * 官方题解
     * 思路及算法
     * 本题要求我们对一个特殊的链表进行深拷贝。如果是普通链表，我们可以直接按照遍历的顺序创建链表节点。
     * 而本题中因为随机指针的存在，当我们拷贝节点时，「当前节点的随机指针指向的节点」可能还没创建，
     * 因此我们需要变换思路。一个可行方案是，我们利用回溯的方式，让每个节点的拷贝操作相互独立。
     * 对于当前节点，我们首先要进行拷贝，然后我们进行「当前节点的后继节点」和「当前节点的随机指针指向的节点」拷贝，
     * 拷贝完成后将创建的新节点的指针返回，即可完成当前节点的两指针的赋值。
     * 具体地，我们用哈希表记录每一个节点对应新节点的创建情况。遍历该链表的过程中，我们检查「当前节点的后继节点」
     * 和「当前节点的随机指针指向的节点」的创建情况。如果这两个节点中的任何一个节点的新节点没有被创建，我们都立刻递归地进行创建。
     * 当我们拷贝完成，回溯到当前层时，我们即可完成当前节点的指针赋值。注意一个节点可能被多个其他节点指向，
     * 因此我们可能递归地多次尝试拷贝某个节点，为了防止重复拷贝，我们需要首先检查当前节点是否被拷贝过，如果已经拷贝过，
     * 我们可以直接从哈希表中取出拷贝后的节点的指针并返回即可。
     * @author ymy
     * @date 2021/11/18 15:46
     * @param null
     * @return null
     */
    Map<Node, Node> cachedNode = new HashMap<Node, Node>();
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        if (!cachedNode.containsKey(head)) {
            Node headNew = new Node(head.val);
            cachedNode.put(head, headNew);
            headNew.next = copyRandomList(head.next);
            headNew.random = copyRandomList(head.random);
        }
        return cachedNode.get(head);
    }
    /**
     * 方法二：迭代 + 节点拆分
     * 思路及算法
     * 注意到方法一需要使用哈希表记录每一个节点对应新节点的创建情况，而我们可以使用一个小技巧来省去哈希表的空间。
     * 我们首先将该链表中每一个节点拆分为两个相连的节点，例如对于链表 A→B→C，我们可以将其拆分为
     * A → A′ → B → B′ → C → C′。对于任意一个原节点 S，其拷贝节点 S′即为其后继节点。
     * @author ymy
     * @date 2021/11/18 16:05
     * @param head 
     * @return com.leetcode.linkedlist.Solution.Node
     */
    public Node copyRandomList3(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        for (Node node = head; node != null; node = node.next.next) {
            Node nodeNew = new Node(node.val);
            nodeNew.next = node.next;
            node.next = nodeNew;
        }
        for (Node node = head; node != null; node = node.next.next) {
            Node nodeNew = node.next;
            nodeNew.random = (node.random != null) ? node.random.next : null;
        }
        Node headNew = head.next;
        for (Node node = head; node != null; node = node.next) {
            Node nodeNew = node.next;
            node.next = node.next.next;
            nodeNew.next = (nodeNew.next != null) ? nodeNew.next.next : null;
        }
        return headNew;
    }

   static class Node {
        int val;
        Node next;
        Node random;

        public Node(int val) {
            this.val = val;
            this.next = null;
            this.random = null;
        }

        @Override
        public String toString() {
            Integer k = random == null ? -1:random.hashCode();
            return "Node{" +
                    "val=" + val +
                    ", next=" + next +
                    ", random="+k +
                    ",hashCode="+this.hashCode()+
                    '}';
        }
    }
}
